(57)【要約】【課題】  酸化膜などの透明膜が存在する被検査対象に対して、回路パターンに起因するノイズを低減させることで、実害になる異物又は欠陥を高感度に検出可能とする。【解決手段】  基板試料を載置してＸ-Ｙ-Ｚ-θの各方向へ任意に移動可能なステージ部と、回路パターンを斜方から照射する照明系と、照明された検査領域を上方および斜方から検出器上に結像する結像光学系とを有し、該照明系の照射により前記回路パターン上に発生する散乱光および回折光を集光する。更に、回路パターンの直線部分からの回折光を遮光するためにフーリエ変換面上に設けた空間フィルタを有する。更に、上記検出器で受光された上記照射された試料上からの散乱反射光を電気信号に変換し、該変換された電気信号を繰り返すチップ間で比較して不一致により試料上の異物として検査する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料上に一方向に長い形状に成形した光を斜め方向から照射し、
該一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの反射散乱光のうち前記試料に対して第１の仰角方向に反射散乱した光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出して第１の検出信号を得、
前記一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの反射散乱光のうち前記試料に対して前記第１の仰角方向よりも低い第２の仰角方向に反射散乱した光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出して第２の検出信号を得、
前記第１の検出信号と前記第２の検出信号とを処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料上に一方向に長い形状に成形した光を斜め方向から照射し、
該一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの反射散乱光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出して検出信号を得、
該検出信号を処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出する方法であって、
前記試料に応じて前記一方向に長い形状に成形した光を前記試料に照射する方位角を変えることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項３】
繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料上に一方向に長い形状に成形した第１の光を第１の方位角で斜め方向から照射し、
前記試料上の前記第１の光を照射した領域に一方向に長い形状に成形した第２の光を第２の方位角で斜め方向から照射し、
該一方向に長い形状に成形された第１の光と第２の光とが照射された前記試料からの反射散乱光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出して検出信号を得、
該検出信号を処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項４】
前記試料の表面は光学的に透明な膜で覆われており、前記検出信号を処理することにより、前記光学的に透明な膜の上に存在する欠陥と該透明な膜の下の欠陥をと識別することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの後方散乱光を検出することにより、前記照射した光の波長よりも小さい異物を含む欠陥を検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料に光源から発射されたパルスレーザを斜め方向から照射し、
該パルスレーザが照射された前記試料からの反射散乱光のうち前記繰返しパターンからの散乱光を空間フィルタで遮光して検出し、
該検出して得た検出信号を処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出する方法であって、
前記光源から発射されたパルスレーザの１パルスを複数のパルスに分割することにより前記光源から発射されたパルスレーザの尖頭値を低減して前記試料に照射することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項７】
前記光源から発射されたパルスレーザの１パルスを複数のパルスに分割することを、前記光源から発射されたパルスレーザを光路長の異なる複数の光路に導入することにより行うことを特徴とする請求項６記載の欠陥検査方法。
【請求項８】
照明光を発射する光源と、
繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料を載置するテーブル手段と、
該光源から発射された照明光を一方向に長い形状に成形して前記テーブル手段に載置された前記試料上に斜め方向から照射する照射手段と、
該照射手段により前記一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの反射散乱光のうち前記試料に対して第１の仰角方向に反射散乱した光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出する第１の検出手段と、
前記照射手段により前記一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの反射散乱光のうち前記試料に対して前記第１の仰角方向よりも低い第２の仰角方向に反射散乱した光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段で前記反射散乱光を検出して得た第１の検出信号と前記第２の検出手段で前記反射散乱光を検出して得た第２の検出信号とを処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出する信号処理手段と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項９】
照明光を発射する光源と、
繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料を載置するテーブル手段と、
該光源から発射された照明光を一方向に長い形状に成形して前記テーブル手段に載置された前記試料上に斜め方向から照射する照射手段と、
該照射手段により一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの反射散乱光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出する検出手段と、
該検出手段で検出して得た検出信号を処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出する信号処理手段とを備えた装置であって、
前記照射手段は前記光源から発射された照明光の光路を複数に分岐する光路分岐部と、該光路分岐部で分岐されてそれぞれの光路に入った光をそれぞれ一方向に長い形状に成形して前記試料に対して異なる方位角方向から照射する複数の照射部とを有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１０】
照明光を発射する光源と、
繰返しパターンを含む回路パターンが形成された被検査対象基板を載置するテーブル手段と、
該光源から発射された照明光を一方向に長い形状に成形して前記テーブル手段に載置された前記試料上に第１の方位角で斜め方向から照射する第１の照射手段と、
前記試料上の前記第１の光を照射した領域に一方向に長い形状に成形した第２の光を第２の方位角で斜め方向から照射する第２の照射手段と、
前記第１の照射手段と前記第２の照射手段とによりそれぞれ一方向に長い形状に成形された第１の光と第２の光とが照射された前記試料からの反射散乱光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出する検出手段と、
該検出手段で検出した信号を処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出する信号処理手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記光源はパルスレーザを発射し、前記照射手段は前記光源から発射されたパルスレーザの１パルスを複数のパルスに分割するパルス分割部を有し、該パルス分割部で複数のパルスに分割されたレーザを前記試料に照射することを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記検出手段は、前記一方向に長い形状に成形された光が照射された試料からの反射散乱光のうち前記繰返しパターンからの散乱光を遮光する空間フィルタ部を備えたことを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記検出手段は、アンチブルーミング処理を施されたＴＤＩセンサであることを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載の欠陥検査装置。
【請求項１４】
照明光を発射する光源と、
繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料を載置するテーブル手段と、
該光源から発射された照明光を前記テーブル手段に載置された前記試料上に斜め方向から照射する照射手段と、
該照射手段により照明光が照射された前記試料からの反射散乱光のうち前記繰返しパターンからの散乱光を空間フィルタで遮光して検出する検出手段と、
該検出手段で検出して得た検出信号を処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出する信号処理手段とを備えた装置であって、
前記光源はパルスレーザを発射し、前記照射手段は前記光源から発射されたパルスレーザの１パルスを複数のパルスに分割するパルス分割部を有し、該パルス分割部で複数のパルスに分割されたレーザを前記試料に照射することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１５】
前記パルス分割部は、前記光源から発射されたパルスレーザを光路長の異なる複数の光路に導入することにより前記光源から発射された１パルスのレーザを複数のパルスに分割することを特徴とする請求項１１または１４に記載の欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程、液晶表示素子製造工程プリント基板製造工程等、基板上にパターンを形成して対象物を製作していく製造工程で発生する異物等の欠陥を検出し、分析して対策を施す製造工程における異物等の欠陥の発生状況を検査する欠陥検査装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体製造工程では、半導体基板（被検査対象基板）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になり、さらに半導体素子が、微細化して半導体基板中に微細な異物が存在した場合にこの異物が、キャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスによる処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の原因により種々の状態で混入される。
【０００３】
同様の液晶表示素子製造工程でも、パターン上に異物が混入するなど、何らかの欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因になる。  
従来のこの種の半導体基板上の異物を検出する技術の１つとして、特開昭６２−８９３３６号公報（特許文献１）に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にするものがある。また、特開昭６３−１３５８４８号公報（特許文献２）に開示されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは２次Ｘ線分析（ＸＭＲ）などの分析技術で分析するものがある。
【０００４】
また、上記異物を検査する技術として、被検査対象基板にコヒーレント光を線状に成形して照射し、被検査対象基板上の繰り返しパターンで反射散乱された光を空間フィルタで除去し繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が特開平５−２１８１６３号公報（特許文献３）および特開平６−２５８２３９号公報（特許文献４）に記載されている。
【０００５】
また、被検査対象基板上に形成された回路パターンに対して該回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を対物レンズの開口内に入力させないようにした異物検査装置が、特開平１−１１７０２４号公報（特許文献５）において知られている。この従来技術３においては、主要な直線群ではない他の直線群を空間フィルタで遮光することについても記載されている。
【０００６】
また、異物等の欠陥検査装置およびその方法に関する従来技術としては、特開平６−２３２４００３号公報（従来技術６）、特開平８−２７１４３７号公報（従来技術７）および米国特許第６６０８６７６号公報（従来技術８）に記載されている技術が知られている。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−８９３３６号公報
【特許文献２】特開昭６３−１３５８４８号公報
【特許文献３】特開平５−２１８１６３号公報
【特許文献４】特開平６−２５８２３９号公報
【特許文献５】特開平１−１１７０２４号公報
【特許文献６】特開平６−３２４００３号公報
【特許文献７】特開平８−２７１４３７号公報
【特許文献８】米国特許第６６０８６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１〜８に開示されている発明では、不規則な回路パターン部分では、パターンからの散乱光によって欠陥信号を見落とされ、感度が低下する課題があった。また、照明光を透過するような酸化膜等の透明膜が形成された上では、膜厚の変動によってパターン散乱光に明るさむらが生じ、感度がさらに低下する課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、照明光を透過するような酸化膜が存在する被検査対象基板に対して、微小な異物等の欠陥を高速で、しかも高精度に検査できるようにした欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明では、繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料上に一方向に長い形状に成形した光を斜め方向から照射し、一方向に長い形状に成形された光が照射された試料からの反射散乱光のうち試料に対して第１の仰角方向に反射散乱した光を繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出して第１の検出信号を得、一方向に長い形状に成形された光が照射された試料からの反射散乱光のうち試料に対して第１の仰角方向よりも低い第２の仰角方向に反射散乱した光を繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出して第２の検出信号を得、第１の検出信号と第２の検出信号とを処理して試料上の異物を含む欠陥を検出する欠陥検査方法とした。
【００１１】
また、本発明は、繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料上に一方向に長い形状に成形した光を斜め方向から照射し、一方向に長い形状に成形された光が照射された試料からの反射散乱光を繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出して検出信号を得、検出信号を処理して試料上の異物を含む欠陥を検出する方法において、試料に応じて一方向に長い形状に成形した光を試料に照射する方位角を変えるようにした。
【００１２】
また、本発明では、繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料上に一方向に長い形状に成形した第１の光を第１の方位角で斜め方向から照射し、試料上の第１の光を照射した領域に一方向に長い形状に成形した第２の光を第２の方位角で斜め方向から照射し、一方向に長い形状に成形された第１の光と第２の光とが照射された試料からの反射散乱光を繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出して検出信号を得、検出信号を処理して試料上の異物を含む欠陥を検出する欠陥検査方法とした。
【００１３】
また、本発明では、繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料に光源から発射されたパルスレーザを斜め方向から照射し、パルスレーザが照射された試料からの反射散乱光のうち繰返しパターンからの散乱光を空間フィルタで遮光して検出し、検出して得た検出信号を処理して試料上の異物を含む欠陥を検出する方法において、光源から発射されたパルスレーザの１パルスを複数のパルスに分割することにより光源から発射されたパルスレーザの尖頭値を低減して試料に照射するようにした。
【００１４】
さらに、本発明では、欠陥検査装置を、照明光を発射する光源と、繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料を載置するテーブル手段と、光源から発射された照明光を一方向に長い形状に成形してテーブル手段に載置された試料上に斜め方向から照射する照射手段と、照射手段により一方向に長い形状に成形された光が照射された試料からの反射散乱光のうち試料に対して第１の仰角方向に反射散乱した光を繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出する第１の検出手段と、照射手段により一方向に長い形状に成形された光が照射された試料からの反射散乱光のうち試料に対して第１の仰角方向よりも低い第２の仰角方向に反射散乱した光を繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出する第２の検出手段と、第１の検出手段で反射散乱光を検出して得た第１の検出信号と第２の検出手段で反射散乱光を検出して得た第２の検出信号とを処理して試料上の異物を含む欠陥を検出する信号処理手段とを備えて構成した。
【００１５】
さらに、本発明では、照明光を発射する光源と、繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料を載置するテーブル手段と、光源から発射された照明光を一方向に長い形状に成形してテーブル手段に載置された試料上に斜め方向から照射する照射手段と、照射手段により一方向に長い形状に成形された光が照射された試料からの反射散乱光を繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出する検出手段と、検出手段で検出して得たにおいて、照射手段は光源から発射された照明光の光路を複数に分岐する光路分岐部と、光路分岐部で分岐されてそれぞれの光路に入った光をそれぞれ一方向に長い形状に成形して試料に対して異なる方位角方向から照射する複数の照射部とを有することを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明では、欠陥検査装置を、照明光を発射する光源と、繰返しパターンを含む回路パターンが形成された被検査対象基板を載置するテーブル手段と、光源から発射された照明光を一方向に長い形状に成形して前記テーブル手段に載置された試料上に第１の方位角で斜め方向から照射する第１の照射手段と、試料上の前記第１の光を照射した領域に一方向に長い形状に成形した第２の光を第２の方位角で斜め方向から照射する第２の照射手段と、第１の照射手段と第２の照射手段とによりそれぞれ一方向に長い形状に成形された第１の光と第２の光とが照射された試料からの反射散乱光を繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出する検出手段と、検出手段で検出した信号を処理して試料上の異物を含む欠陥を検出する信号処理手段とを備えて構成した。
【００１７】
さらに、本発明では、照明光を発射する光源と、繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料を載置するテーブル手段と、光源から発射された照明光をテーブル手段に載置された試料上に斜め方向から照射する照射手段と、照射手段により照明光が照射された試料からの反射散乱光のうち繰返しパターンからの散乱光を空間フィルタで遮光して検出する検出手段と、検出手段で検出して得た検出信号を処理して試料上の異物を含む欠陥を検出する信号処理手段とを備えた欠陥検査装置において、光源はパルスレーザを発射し、照射手段は光源から発射されたパルスレーザの１パルスを複数のパルスに分割するパルス分割部を有し、パルス分割部で複数のパルスに分割されたレーザを試料に照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、パターンからの回折光を低減でき、さらに、酸化膜などの透明膜がある場合の下地パターンからの回折光も低減できる、すなわち、下地パターンからの回折光を二次光源としてチップ間の膜厚むらに起因して変動する薄膜干渉強度の変化によるチップ間の検出信号強度のばらつきを低減することができるので、ＬＳＩ被検査対象基板Ｗ上等の基板上の異物や欠陥において、酸化膜などの透明膜が存在する場合であっても、微小な異物等の欠陥を高速で、しかも高精度に検査することができる。さらに、透明膜上の異物や欠陥と透明膜中の異物や欠陥を分離して検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る実施の形態を図１から図２７を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る異物等の欠陥を検査する欠陥検査装置の概略の構成を示す。Ｘ-Ｙ-Ｚ-θステージ１７、Ｘ-Ｙ-Ｚ-θステージドライバ１６、被検査物（半導体被検査対象基板）Ｗ、光源ドライバ１５、斜方照明系１０００、上方検出系２０００、斜方検出系２００１、欠陥判定用比較処理部３０００および３００１、コンピュータ１１、ディスプレイ１２、中央演算装置１３、記憶装置１４を備えて構成されている。
【００２１】
まず、動作を説明する。まず、光源１００から発射した光を照明光学系２００を介してＸ-Ｙ-Ｚ-θステージ１７に搭載した被検査対象基板Ｗに照射し、被検査対象基板Ｗからの散乱光のうち上方検出系２０００の方向にむかった散乱光は対物レンズ３ａで集光され、空間フィルタ４ａ、検出光光学フィルタ手段３０２ａ、結像レンズ５ａを通して検出器６ａで検出され光電変換される。一方、斜方検出系２００１の方向に向かった散乱光は、対物レンズ３ｂで集光され、空間フィルタ４ａ、結像レンズ５ｂ、検出光光学フィルタ手段３０２ｂを通して検出器６ｂで検出され光電変換される。
【００２２】
このとき、被検査対象基板Ｗを搭載しているＸ-Ｙ-Ｚ-θステージ１７を水平方向に移動させながら異物散乱光を検出することで、検出結果を二次元画像として得ることができる。得られた画像は、遅延回路７ａ、７ｂを通過した後に、各々メモリ８ａ、８ｂに記憶される。次に隣接チップにて検出された画像がメモリ９ａ、９ｂに記憶されると、各々比較回路１０ａ、１０ｂにより上記メモリ８ａ、８ｂおよびメモリ９ａ、９ｂに記憶された隣接チップの同一領域の画像が比較され、その差異から異物ないしは欠陥が判定される。パターンからの回折散乱光が、空間フィルタ４ａ、４ｂあるいは照明検出方向、偏光の選択により抑制されているなどの理由で十分小さい場合は、比較処理を行うことなく、あるしきい値以上の信号を欠陥と判定することも可能である。判定された結果は、コンピュータ１１により、ディスプレイ１２に表示されたり、記憶装置１４に保存されたりする。また、中央演算装置１３により、異物の大きさ、場所などの情報が特定される。
【００２３】
照明光学系２００は、ビームエキスパンダとシリンドリカルレンズを用いて被検査対象基板Ｗ上に光を照射するように構成されたものであり、上方検出系２０００および斜方検出系、２００１の焦点位置に光が照射されるように調整されている。本実施の形態では照射光の形状は長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームとした。
【００２４】
ここで、光源１００の選択手法としては、異物の検出感度を向上させる場合は、照明光源として波長が短い光源を使うほうが良いため、ＹＡＧレーザやＡｒレーザ、ＵＶレーザが適している。また、小形で安価な装置にする場合は、半導体レーザが適している。
【００２５】
次に、上方検出系２０００および斜方検出系２００１は、斜方照明系１０００によって照射された光のうち、被検査対象基板Ｗからの散乱光を検出器６ａ、６ｂに集光・結像させるように対物レンズ３ａ、３ｂ及び結像レンズ５ａ、５ｂにより構成されている。また、該上方検出系２０００および斜方検出系２００１は、フーリエ変換光学系を構成しており、上記被検査対象基板Ｗからの散乱光に対する光学処理、例えば、空間フィルタリングによる光学特性の変更・調整等もおこなえるようになっている。ここで、光学処理として空間フィルタリングを行う場合、照明光として平行光を用いるほうが異物の検出性能が向上するため、長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームとした。
【００２６】
検出器６ａ、６ｂ、各々上方検出系２０００および斜方検出系２００１によって集光された散乱光を受光し、光電変換するために用いるものであり、例えば、ＴＶカメラ、ＣＣＤリニアセンサ、またはＴＤＩセンサないしはアンチブルーミングＴＤＩセンサ、およびホトマルアレイなどがある。
【００２７】
ここで、検出器６ａ、６ｂの選択方法としては、微弱な光を検出する場合はホトマルあるいはＥＢＣＣＤ(Electron Bombardment CCD)、ＥＭＣＣＤ(Electron Multiplying CCD)等の電子増倍機能を備えたＣＣＤセンサを用いると良い。また、２次元の像を高速に得るためにはＴＶカメラが良く、上方検出系２０００および斜方検出系２００１が本実施形態のように結像系の場合は、ＴＶカメラやＣＣＤリニアセンサやＴＤＩセンサやエリアＣＭＯＳセンサやリニアＣＭＯＳセンサが良い。特に、信号出力を高速にするため、複数の信号出力ポートを持ち信号を並列に出力することができるものを用いるとよい。また、検出器６ａ、６ｂで受光する光のダイナミックレンジが大きい場合、つまり、センサの飽和レベルを超える強度の光が入射する場合は、アンチブルーミング機能付きのセンサを用いると、飽和画素による周辺画素への影響を防ぐことができ、飽和領域近傍での異物等の欠陥検査が可能となる。特に、ＴＤＩセンサとしては、アンチブルーミングタイプが望ましい。
【００２８】
次に、欠陥判定用比較処理部３０００は、隣接チップの同一領域の検出結果を比較し、欠陥ないしは異物を判定するもので、例えば、隣接チップの同一領域での検出画像の差画像を算出した後に２値化し、２値化しきい値以上の信号を異物と判定するものである。この欠陥判定用比較処理部３０００では、２値化信号の大きさから異物の大きさも測定することができる。パターンからの回折散乱光が、空間フィルタ４ａ、４ｂあるいは照明検出方向、偏光の選択により抑制されているなどの理由で欠陥からの回折散乱光に対して十分小さい場合は、比較処理を行うことなく、あるしきい値以上の信号を欠陥と判定する処理も可能である。
【００２９】
次に、斜方照明系１０００、上方検出系２０００そして斜方検出系２００１について、図２〜図１８および図２４〜図２８を用いて詳細に説明する。
【００３０】
図２７（ａ）は斜方照明系１０００の構成、図２７（ｂ）は上方検出系２０００および斜方検出系２００１の構成を説明するためのブロック図である。斜方照明系１０００は、光源１００と、スリット状ビームを形成するためのレンズ系（２００ａ、２００ｂ、２０１ａ、２０１ｂ）および、点線ＬＳＯＦで示した何れかの位置またはそれらのうちの複数の位置に配置される照明光光学フィルタ手段３０１によって構成される。
【００３１】
照明光光学フィルタ手段３０１として、ＮＤフィルタやアッテネータ等の光強度を調整が可能な光学素子、あるいは偏光板や偏光ビームスプリッタや波長板等の偏光光学素子、あるいはバンドパスフィルタやダイクロイックミラー等の波長フィルタを用いることで、照明光の光強度、偏光特性、波長特性を制御することができる。
【００３２】
また、光源として干渉性の高いレーザ光源を用いる場合、検査時にノイズとなるスペックルが発生しやすい。このスペックルを低減するため、照明光光学フィルタ手段３０１として照明光のコヒーレンシを低減する手段を備えていてもよい。コヒーレンシを低減する手段として、例えば、互いに光路長の異なる複数の光ファイバあるいは石英板あるいはガラス板等を用いて、各々が異なる光路長を持つ複数の光束を生成しこれを重ね合わせる方法、あるいは回転拡散板を用いる方法等がある。
【００３３】
上方検出系２０００および斜方検出系２００１は、検出光を集光・結像するためのフーリエ変換レンズ系（３ａ、３ｂ、５ａ、５ｂ）、特定のフーリエ成分を遮光する空間フィルタ（４ａ、４ｂ）、および点線ＬDＯＦで示した何れかの位置またはそれらのうちの複数の位置に配置される検出光光学フィルタ手段（３０２ａ、３０２ｂ）によって構成される。検出光光学フィルタ手段３０２ａ、３０２ｂとして、ＮＤフィルタやアッテネータ等の光強度を調整が可能な光学素子、あるいは偏光板や偏光ビームスプリッタや波長板等の偏光光学素子、あるいはバンドパスフィルタやダイクロイックミラー等の波長フィルタを用いることで、検出光の光強度、偏光特性、波長特性を制御することができる。
【００３４】
また、上方検出系２０００と斜方検出系２００１において検出光の強度が大きく異なる場合に一方の検出光がセンサのダイナミックレンジを外れて検査できなくなってしまう場合がある。これを防ぐためには、検出光光学フィルタ手段（３０２ａ、３０２ｂ）として用いるＮＤフィルタやアッテネータ等の光強度調整手段の減衰率を独立に調整することによって、上方検出系２０００と斜方検出系２００１における検出光量のバランスをとり、同一の照明光を利用して上方検出系２０００と斜方検出系２００１による同時検査を行えばよい。
【００３５】
図２は被検査基対象板Ｗに対する照明方向および検出方向を説明するための図である。被検査対象基板Ｗ上に形成されたパターンの主要な直線群の方向あるいは被検査対象基板Ｗ平面内でそれに直角な方向をｘ方向とし、被検査対象基板Ｗ平面内でｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームは、ｘｙ面内に関しては、＋ｘ方向に対して角度θ（照明方位角）を成す方向を光線進行方向とし、±ｙ方向をスリット状ビーム長手方向とするよう斜方照明系１００を用いて形成される。また、照明の進行方向該被検査基板Ｗの法線方向から所定の傾きを有している。本実施の形態では、該被検査基板Ｗからの角度α（照明仰角）で示すものとする。照明光の進行方向は、照明方位角θと照明仰角αによって表される。なお、照明光として、スリット状のビームＬＳにするのは、異物等の欠陥検査の高速化を実現するためである。検出の方向も同様に、検出方位角と仰角によって表される。
【００３６】
図３は、前記長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームＬＳと、センサ検出領域ＳＡと、ステージ走査方向Ｓの関係を示している。センサ検出領域ＳＡの長手方向の幅は、前記長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームの照明領域ＬＳに含まれる幅になっている。また、前記被検査対象基板Ｗを載置して走行させるステージの走査方向Ｓは、ｘ方向を主走査方向（Ｓ１）、ｙ方向を副走査方向（Ｓ２）とする。前記長手方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームＬＳの長手方向がステージの主走査方向Ｓ１に対してほぼ直角になるように照明される。
【００３７】
上記光学系は、被検査対象基板Ｗに対してαの角度を有して照明される。図５は照明方位角θ＝０度の照明の照明方向を示している。
【００３８】
図６は、進行方向方位角を＋ｘ方向（θ＝０度）とし、±ｙ方向にはほぼ平行光からなるスリット状ビームＬＳを照明するための光学系を示している。レーザ光源１００から射出された光を、凸レンズ２００ａ、２００ｂより構成されるビームエキスパンダで拡大したのち、円筒レンズ２００ｃにより一方向を圧縮する。本発明では、この円柱レンズ２００ｃを用いてｘ方向クリティカル、ｙ方向コリメートの照明を実現している。
図１４、図１５は照明方位角θ＝０度以外の照明を説明するための斜視図および側面図である（図はθ＝４５度）。図１５に示すように、円筒レンズを傾斜させることによって、被検査対象基板Ｗ上に形成されるスリット状ビーム形状ＬＳの形状を保ったまま、任意の方位角θの照明光を入射することが可能である。
【００３９】
図７に上方検出系２０００の構成を示す。上方検出系２０００は、被検査対象基板Ｗ上の照明領域ＬＳから射出した光を、対物レンズ３ａで集光し、繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光する空間フィルタ４ａ、結像レンズ５ａを通して、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器６ａで検出するように構成される。空間フィルタ４は、繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光すべく、対物レンズ３の空間周波数領域、即ちフーリエ変換（射出瞳に相当する）の結像位置に置かれている。ここで、図３に示す被検査対象基板Ｗ上の照明領域ＬＳが、リレーレンズを構成する対物レンズ３ａ、結像レンズ５ａにより、検出器６ａ上に結像される。即ち、図３のＳＡは、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器６ａ受光領域を示すものである。
【００４０】
ここで、スリット状のビームＬＳの長手方向を、被検査対象基板Ｗに対してチップの配列方向に向け、且つＳ１方向の走査に対して直角にしたのは、センサ６ａがＴＤＩセンサの場合の積分方向とステージの走行方向とを平行に保つことができるようにして、しかも画像信号のチップ間比較を簡素化することができると共に欠陥位置座標の算出も容易に行うことができ、その結果異物等の欠陥検査の高速化を実現できるようにするためである。
【００４１】
図４には、スリット状のビームＬＳによる照明とスリット状のビームＬＳの長手方向（θ＝９０度あるいは２７０度）から検出を行う場合の斜方検出系２００１による検出の方向の平面図を示す。
【００４２】
図９および図１０に斜方検出系２００１の光学系の実施例を示す。斜方検出系２００１は図９に示すように、スリット状のビームＬＳが照射された被検査対象基板Ｗを方位角２７０度の方向から検出を行う。図１０は、斜方検出系２００１の概略の構成を説明するための斜視図および側面図である。斜方検出系２００１は、被検査対象基板Ｗ上の照明領域ＬＳから射出した光を、対物レンズ３ｂで集光し、繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光する空間フィルタ４ｂ、結像レンズ５ｂを通して、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器６ｂで検出するように構成されている。図１０に示すように、被検査対象基板Ｗに対する検出方向の傾きに応じて検出器６ｂを長手方向に傾斜させることで、斜方から被検査対象基板Ｗ上の像を検出器上に結像することができる。
【００４３】
図２４（ａ）および（ｂ）は、図９及び１０を用いて説明した斜方検出系２０００の変形例を示し、スリット状ビームＬＳの長手方向に垂直な方位角（θ＝０度あるいは１８０度）の方向から検出を行う斜方検出系２００１（1）の光学系を説明するための図である。斜方検出系２００１（1）は、被検査対象基板Ｗ上の照明領域ＬＳから射出した光を、対物レンズ３ｂ（1）で集光し、繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光する空間フィルタ４ｂ（1）、結像レンズ５ｂ（1）を通して、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器６ｂ（1）で検出するように構成されている。検出器６ｂ（1）が１次元検出器の場合、図２４（ａ）のｙ’方向が検出器６ｂ（1）の長手方向となる。図２４（ｂ）に示すように、被検査対象基板Ｗに対する検出方向の傾き（β）に応じて検出器６ｂ（1）を長手方向と直角な方向に傾斜させることで、斜方から被検査対象基板Ｗ上の像を検出器６ｂ（1）上に結像することができる。
【００４４】
上記の方法では、検出の仰角βが小さくなるにつれて、検出光の検出器６ｂ（1）の感度面への入射角が大きくなる。この場合検出器６ｂ（1）の感度面の特性によっては、検出光うちある割合が反射してしまい、十分に感度が得られないことがある。
【００４５】
図２４（ａ）,（ｂ）で説明したように検出器６ｂ（1）を傾斜させず、図２５（ａ），（ｂ）に示すような斜方検出系２００１（２）を用いて検出器６ｂ（２）を検出光に垂直に設置することで、感度面への斜入射による感度低下を避けることが可能である。図２５（ａ），（ｂ）に示した構成において斜方検出系２００１（２）は、被検査対象基板Ｗ上の照明領域ＬＳから射出した光を、対物レンズ３ｂ（２）で集光し、繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光する空間フィルタ４ｂ（２）、結像レンズ５ｂ（２）、検出光光学フィルタ手段３０２ｂ（２）を通して、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器６ｂ（２）で検出するように構成されているが、被検査対象基板Ｗ上での物面上の検出領域ＳＡに対し、斜方検出系２００１（２）の実質的な検出領域はＳＡ２となり、視野中心からｘ方向にずれた位置では検出仰角βによる傾きの分フォーカスがずれる。このため、図２５（ａ），（ｂ）に示した斜方検出系２００１（２）では検出器６ｂ（２）として２次元検出器、あるいは２次元での結像が必要な蓄積ステージ数の大きいＴＤＩセンサは適さない。しかし、リニアＣＣＤなどの１次元検出器あるいは蓄積ステージ数の少ないＴＤＩセンサで検出する場合は、ｘ方向の視野が狭いため、波長と対物レンズ３ｂ（２）のＮＡによって決まる焦点深度に比べてフォーカスのずれ量が小さく、像のぼけの影響が小さいため結像による検出が可能である。
【００４６】
図２５に示した斜方検出系２００１（２）による視野ＳＡ２は、被検査対象基板上Ｗでは、検出仰角βで投影され、対応する被検査対象基板上Ｗ上の検出領域ＳＡはｘ方向に関して１／ｓｉｎβ倍拡大される。このように検出領域が拡大されることにより、単位時間当たりに検出器６ｂ（２）で走査する面積を拡大することができ、被検査対象基板Ｗの検査を高速に行うことができる。
【００４７】
逆に、単位時間当たりの検出領域を狭め、検出の分解能を高くすることで、高精度・高感度の検査を行いたい場合は、検出仰角βにより拡大する検出領域を狭める必要がある。その方法として、１つには、斜方検出系２００１の光路上に設置した検出光光学フィルタ手段３０２ｂ（２）として視野絞りを採用し、ｘ方向の視野を狭める方法がある。第２の方法として、図２６（ａ）に示すように、照明光のスリットビーム形状ＬＳのｘ方向の幅を検出領域ＳＡより狭くし、照明幅に相当する距離毎に信号蓄積を行うことで、検出画素の幅を照明光によって規定する。これにより、斜方検出系２００１によって決まるＳＡの幅よりも狭めることができる。図２６（ｂ）は、検出領域ＳＡによってｘ方向の検出の分解能を決める場合の検出領域ＳＡとスリットビーム形状ＬＳとの関係を示している。
図１１および図１２はθ＝０、９０、１８０、２７０度以外の方位から検出する場合の斜方検出系２００１（３）を示す図である。図１１は検出の方向を説明する図である。図１２に示すように、検出器６ｂを長手方向とそれに垂直な方向に２次元的に傾斜させることで、任意の方向から検出を行うことが可能である。
【００４８】
次に、本発明に係る斜方照明系１０００による照明光の方向と、上方検出系２０００および斜方検出系２００１の検出方向および検出ＮＡとの関係について説明する。
【００４９】
図１７および図１８に斜方検出系２００１（４）の構成の一例を示す。斜方検出系２００１は、被検査対象基板Ｗ上の照明領域ＬＳから射出した光を、対物レンズ３ｂで集光し、繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光する空間フィルタ４ｂ、結像レンズ５ｂを通して、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器６ｂで検出するように構成される。この例では、図9に示すように結像レンズ５ｂを大きな円形レンズ構造の一部で構成し、図10に示すように、対物レンズ３ｂ、空間フィルタ４ｂ、結像レンズ５ｂをそれぞれ被検査対象基板Ｗの表面と平行に配置し、被検査対象基板Ｗからの反射散乱光を被検査対象基板Ｗの上方で検出するような構成になっている。ここで、図３に示す被検査対象基板Ｗ上の照明領域ＬＳが、リレーレンズを構成する対物レンズ３ｂ、空間フィルタ４ｂ、結像レンズ５ｂにより、検出器６ｂ上に結像される。即ち、図３のＳＡは、ＴＤＩセンサ等の１次元検出器６ａ受光領域を示すものである。
【００５０】
図８（ａ）は、照明方位角θ度の場合の、パターンＰに対する照明方向７００を示している。また、図８（ｂ）の球面９００は、仮想的なものであり、上方検出系２０００および斜方検出系２００１における対物レンズ３ａ、３ｂの開口位置を考えるためのものである。この球面９００と照明光７００の交点が点７０１である。図８（ｃ）は、方向θ＝４５度の照明による回折光の射出の様子を示す。パターンＰがｙ軸に平行な非繰り返しパターンである場合、０次回折光は、正反射光の射出方向９０１と仮想球面９００との交点を点７０３として、パターン方向（ｙ方向）を中心とし、照明点を頂点とする円錐の稜の方向に射出するため、仮想球面９００との交点の軌跡は、この円錐の底面の円周上になる。従って、この軌跡を被検査対象基板Ｗの法線方向から見るとｘ軸に平行な直線７０４になる。パターンＰがｙ軸に平行な非繰り返しパターンである場合、高次の回折光が、図８（ｃ）において破線７０５によって示したように、パターンＰの周期方向に均等間隔に射出する。回折光の強度は０次光の軌跡を示す直線７０４の近傍で大きくなる。
【００５１】
被検査対象基板Ｗの法線方向に対して傾いていない上方検出系２０００における対物レンズ３ａの開口は、図８（ｃ）に示す開口８００となる。ここで、図８（ｃ）に示すように、上方検出系２０００の光軸を被検査対象基板Ｗの表面に対して垂直にした場合、対物レンズ３ａの開口数（ＮＡ）と照明光の仰角αとの関係は、図８（ｃ）に示すように、主たる直線群がｘおよびｙ方向に向いた回路パターンからのｘ、およびｙ方向の０次の回折光７０３が対物レンズ３ａの瞳に入射させない条件を元に設定されるべきである。即ち、照明の方向７００の角度θを０度程度にし、対物レンズ３ａの開口数（ＮＡ）と照明光の仰角αとの関係を次に示す（数１）式を満足するようにすることによって、非繰り返しパターンであっても、主たる直線群がｘおよびｙ方向に向いた回路パターンからのｘ、およびｙ方向の０次の回折光７０４を対物レンズ３ａの開口８００に入射させることをなくすことが可能となる。
【００５２】
ＮＡ＜ｃｏｓα・ｓｉｎθ  かつ  ＮＡ＜ｃｏｓα・ｓｉｎ（π／２−θ） （数１）
なお、αを３０°以下にすれば、対物レンズ３ａの開口数（ＮＡ）を約０．６以下にすればよい。
【００５３】
これらの条件は、特に、欠陥検査装置として、メモリＬＳＩにおける非繰り返しパターンを有する周辺回路領域、マイコン等のＬＳＩにおける非繰り返しパターンを有するＣＰＵコア部領域および入出力部領域、および非繰り返しパターンを有するロジックＬＳＩ等に対して有効になる。これらＬＳＩパターンは、多くの場合、直角平行に（主要な直線群が直角に）パターンが形成されているため、これらの０次回折光が特定の方向に射出することになる。そこで、この射出した０次回折光を対物レンズ３ａに入射させないようにすることで、これらの多くのパターンからの回折光が消去され、異物等の欠陥からの反射回折光のみの検出を容易にする。具体的には、回路パターンからの検出信号レベルが低下して異物等の欠陥を高感度で検出可能となる。当然、繰り返しパターンの場合、高次（１次、２次、３次、・・・）の回折光は対物レンズ３ａの開口８００に入射されることになるので、この高次の回折光は、図８（ｃ）平行な直線群７０５として現れることになる。そこで、このような高次の回折光を細帯状の空間フィルタ４ａで遮光することによって、消去することも可能である。被検査対象基板Ｗ上に形成されたパターンの寸法および形状によって、回折光の間隔や位置が異なる。空間フィルタ４ａとして、特開平５−２１８１６３号公報および特開平６−２５８２３９号公報に記載されているように．遮光パターンを変更できるものを用いれば、間隔や位置の異なる回折光に対応することができる。また、空間フィルタ２０２として、遮光パターンが異なるものを用意しておいて、回路パターンに応じて切り換えてもよい。また、液晶素子やデジタルミラーデバイスのように電気的に制御することのできる光学素子を用いれば、フィルタ形状・寸法を動的に変化させることが可能である。
【００５４】
被検査対象基板Ｗの法線方向に対して傾斜している斜方検出系２００１における対物レンズ３ｂ開口は、図８（ｃ）に示す開口８０１となる。ここでは、検出方位角２７０度の場合を示す。ここで、斜方検出系２００１の光軸を水平からβ傾けた理由は、被検査対象基板Ｗの法線方向に対して傾斜していない検出光学系部２０００と比較し、より高次の回折光を検出しないためである。
【００５５】
次に、照明と検出の方位について説明する。一般に、照明波長と同程度以上の直径の粒子による散乱は、照明の進行方向に近い前方散乱の割合が大きくなる。それに対し、照明波長より小さい（例えば１／４以下程度）の直径の粒子による散乱は、全方位に等方的に分布する。従って、波長と同程度以上の大きさの異物あるいは欠陥を検査対象としたい場合は、前方散乱を多く検出するように照明・検出の方位を設定すればよい。また、波長より十分小さい異物あるいは欠陥を高感度に検査したい場合は、検査の妨げとなるパターン散乱光を検出しにくい側方あるいは後方散乱を多く検出するように照明・検出の方位を設定すればよい。  
図１３に示すように、０度方向からの検出（検出の方位角０度）に対し、方位角θ＜９０度方向の照明光（照明A）を入射することにより前方散乱光を、方位角θ＝９０度付近の方向の照明光（照明Ｃ）を入射することにより側方散乱光を、方位角θ＞９０度方向の照明光（照明C）を入射することで後方散乱光をそれぞれ検出することができる。このように、照明方向を切り替えることで異物あるいは欠陥のサイズに対する感度特性を変更可能である。さらに、方位角θ＜９０度方向、θ＞９０度方向の照明を同時に入射することで、波長より十分小さい欠陥と波長と同程度以上の大きさの欠陥をバランスよく検出することが可能となる。図１３は一例としてθ＝４５度付近（照明A）、９０度付近（照明Ｃ）および１３５度付近（照明C）の照明方向と、θ＝０度の検出方向との関係を示している。
【００５６】
図２９に、方位角の異なる２方向から照明する場合の照明光学系と検出光学系との位置関係を示す。斜方照明系１０００’は図１に示した斜方照明系１０００とほぼ同じ機能を有するが、光源１００とレンズ系２００との間に光路分岐素子１５０を備えた点が異なる。この構成において、光源１００から発射した照明光は光路分岐素子１５０（例えばビームスプリッタなど）に入射して光路を二つに分岐され、一方はレンズ系２００に入射し、他方はレンズ系２００’に入射してそれぞれ被検査対象基板Wの同じ箇所、即ち図１３に示した領域LSを同時に線状に照明する。ここで、レンズ系２００’は、レンズ系２００に準ずる構成をしている。
【００５７】
この照明により領域LSから反射散乱された光は、上方検出系２０００と斜方検出系２００１にそれぞれ入射して検出される。上方検出系２０００と斜方検出系２００１とでそれぞれ検出された信号は、図１を用いて説明した処理と同じように処理される。光源１００を共有することにより、レンズ系２００とレンズ系２００’とにより、被検査対象基板W上に照射される光は同じ特性を有するために、上方検出系２０００と斜方検出系２００１とでそれぞれ検出された信号の処理は、別々の光源を用いた場合に比べて比較的容易になる。
【００５８】
一方、図２９に示した構成において、光路分岐素子１５０に全反射ミラーを用いて入射した光を二つの光路の何れかに切替えて出射させるるように構成することにより、照明の方位角を切替えて被検査対象基板Wを照明することができる。また、図２９に示した構成において、検出系としては、上方検出系２０００または斜方検出系２００１の何れか一方で検出するように構成しても良い。
【００５９】
図１６に本発明による検査装置の第１の変形例を示す。Ｘ-Ｙ-Ｚ-θステージ１７、Ｘ-Ｙ-Ｚ-θステージドライバ１６、被検査物（半導体被検査対象基板）Ｗ、光源ドライバ１５、斜方照明系１０００、斜方検出系２００１、欠陥判定用比較処理部３０００、コンピュータ１１、ディスプレイ１２、中央演算装置１３、記憶装置１４から構成されている。本変形例の構成においては、図1に示した構成において説明した上方検出系２０００を有しない点が、前記実施例と異なっている。上方検出系を有しないため、前記実施例より安価に構成でき、なおかつ透明膜が形成された被検査基板に対して高感度に検査を行うことができる。図１６に示した構成において、図１と同じ番号を付した構成は、図１を用いて説明したのと同じ機能を有する。この第１の変形例においても、図２９で説明したような斜方照明系１０００’とレンズ系２００’とで構成されて方位角が異なる２方向から被検査対象基板Wを照明する照明光学系を適用することができる。
【００６０】
図２８に上記実施例の第２の変形例を示す。本変形例における欠陥検査装置は、Ｘ-Ｙ-Ｚ-θステージ１７、Ｘ-Ｙ-Ｚ-θステージドライバ１６、被検査物（半導体被検査対象基板）Ｗ、光源ドライバ１５、斜方照明系１０００、斜方検出系２００１、２００１’、欠陥判定用比較処理部３００１、３００１’コンピュータ１１、ディスプレイ１２、中央演算装置１３、記憶装置１４を備えて構成されている。本変形例における構成は、図１の構成で説明した上方検出系２０００に相当する検出光学系を持たず、斜方検出系を２００１と２００１’との２式備え、それぞれの斜方検出系に対応する欠陥判定用比較処理部３００１、３００１’を備えている点が、図１に示した実施例と異なっている。欠陥判定用比較処理部３００１’を構成する遅延回路７ｂ’、メモリ８ｂ’、メモリ９ｂ’および比較回路１０ｂ’は、図１の構成で説明した欠陥判定用比較処理部３００１の遅延回路７ｂ、メモリ８ｂ、メモリ９ｂおよび比較回路１０ｂと同じ機能を有している。この構成において、２つの斜方検出系２００１と２００１’とをそれぞれ異なる検出方位角に設定することで、前方散乱検出あるいは後方散乱検出を同時に行うことができる。さらに、前方散乱検出による欠陥信号と、後方散乱検出による欠陥信号とを比較することによって、欠陥の大きさを推定することができる。これは具体的には例えば、欠陥の大きさが大きくなるほど前方散乱検出による欠陥信号の比率が大きくなるという散乱角度分布の性質を利用することで可能である。
【００６１】
以上述べた構成により、斜方検出系２００１によって検出されるパターンからの光強度を、上方検出系２０００によって検出されるパターンからの光強度に対して、相対的に小さくすることができる。さらに、前記の実施の形態において、照明光の仰角α、偏光、検出の仰角β、偏光を適切に選択することで、被検査対象基板Ｗに透明膜が形成されている場合の欠陥検出感度を向上することが可能である。これを、図１９から図２２を用いて説明する。
まず、照明光の仰角αと偏光の選択について述べる。図２２（ａ）に空気からシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）へ光を入射した場合の、入射角に対する膜中への透過率を、Ｓ偏光とＰ偏光それぞれについて示す。Ｓ偏光、Ｐ偏光ともに入射角が大きいほど膜中に透過する割合が小さくなり、またＳ偏光の方がＰ偏光より膜中に透過する割合が小さい。従って、照明光の仰角αを小さくすることで、膜で反射する光強度に対し、膜中へ進入する光強度を小さくすることができる。さらに、Ｓ偏光を用いることで、膜中へ進入する光強度をより小さくすることができる。膜中への透過率は、例えば、α＝５度の場合、Ｓ偏光では２８％、Ｐ偏光では５０％、α＝３度の場合、Ｓ偏光では１８％、Ｐ偏光では３４％となる。これにより、膜中に形成されたパターンに対して、膜上の欠陥を相対的に強く光らせることで、膜上の欠陥信号を、膜中パターンからの散乱回折光信号に隠れることなく高感度に検出することができる。照明の偏光方向の選択は、照明光学系２００に波長板あるいは偏光板を設置し、これらを制御することで実施する。
上記の低仰角照明によって、膜中パターンからの信号強度を低減することができるが、検出したい欠陥の大きさに比べてパターンが大きい場合などはなお、透明膜中のパターンからの回折・散乱光が、欠陥と比較して大きな信号強度で検出される。
図２２（ｂ）に示すように、透明膜中から出射する光についても同様に、低角で出射する光強度が小さくなる。従って、斜方検出系２００１の検出仰角βを小さくすることで、透明膜中のパターンからの散乱強度をさらに小さくすることができる。さらに、Ｓ偏光成分を選択的に検出する、あるいは照明の偏光状態をＳ偏光とすることで、透明膜中のパターンからの散乱強度をより小さくすることができる。例えば、検出する偏光をＳ偏光とする場合、検出仰角βを１５度とすれば、被検査対象基板Ｗの法線方向から検出を行う場合と比較して、膜中パターンからの信号強度を６０％に低減することができる。検出する偏光の選択は、検出光光学フィルタ３０２ｂとして特定の偏光状態を選択的に透過させる検光子を設置することで実施可能である。
上記、低仰角照明、低仰角検出によって、膜中パターンからの信号強度を大きく低減することができ、透明膜上の欠陥のみを選択的に検出することが可能となる。
また、被検査物Ｗ上で透明膜の厚さにばらつきがある場合、薄膜干渉によって、検出されるパターンからの回折・散乱光の強度が変動する。欠陥判定時の比較処理の際に誤って欠陥とみなされることで虚報となり、検査感度低下の要因となる。そこで、検出の仰角βを透明膜の屈折率で決まるブリュースター角の近傍とし、Ｐ偏光成分を選択検出することにより、透明膜の膜厚差によって透明膜中のパターンに生じる明るさむらを低減することができる。この方法で、膜中パターンの欠陥を高感度に検出することができる。この方法の原理を、図１９から図２１を用いて説明する。
【００６２】
図１９は透明薄膜による薄膜干渉を説明するための図である。斜方照明系１０００によって照明されたパターンは、ある角度分布を持つ回折・散乱光を生じる。図１９（ａ）には、透明膜と空気との界面への入射角がφ１、透明膜から空気への出射角がφ０となる回折・散乱光成分、すなわち被検査基板Ｗの法線に対して角度φ０傾いた方向で観測される光成分のたどる光路を示した。空気と透明膜との界面（界面１）で反射を起こさず透過した光と、界面１でｎ回反射を起こした後透過する光との間で干渉が起こる。膜厚が変わると互いの光路差が変化するため、膜厚によって強めあいや弱めあいが起き、明るさむらとして観測される。
【００６３】
図１９（ａ）に示した構成において、膜中パターンから生じる回折・散乱光の振幅をａ０、媒質１から媒質０へ入射する光の振幅反射率、振幅透過率をそれぞれｒ１０、ｔ１０、媒質１から媒質２へ入射する光の振幅反射率をｒ１２と置くと、被検査基板Ｗの法線に対してφ０傾いた方向で観測される光成分すなわち光束０〜光束ｎの干渉波の振幅は以下の（数２）で表される。数２より被検査基板Ｗの法線に対してφ０傾いた方向の干渉光の強度Ｉは（数３）のように求められる。
【００６４】
【数２】
2007033433.tif 000003
【００６５】
【数３】
2007033433.tif 000004
ここで、上記振幅反射率振幅透過率は、媒質の屈折率と界面への入射角に依存し、フレネルの公式から求められる。（数２）、（数３）のδは隣り合う透過光の間の位相差であり、媒質１の屈折率Ｎ１と膜厚ｄ１、回折・散乱光の波長λを用いて（数４）で表される。（数３）、（数４）から、膜厚が変化することによって干渉光の強度が変化することが分かる。図１９（ｂ）に、膜厚の変動に対する干渉光の明るさの変化の一例を示す。
【００６６】
【数４】
2007033433.tif 000005
（数３）から、膜厚による明るさむらの大きさはｃｏｓδの項の係数ｒ１０ｒ１２に依存し、ｒ１０ｒ１２の絶対値を小さくすれば明るさむらが小さくなることが分かる。ここで、ｒ１０ｒ１２の絶対値を小さくすることは、図１９（ａ）において、光束０と干渉を起こす光束ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・）の振幅を低減させることに対応する。
【００６７】
図２０（ａ）は、媒質０が空気、媒質１がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、媒質２がシリコン基板（Ｓｉ）の場合の界面１による振幅反射率ｒ１０のφ０依存性を、Ｓ偏光に対して示したグラフであり、図２０（ｂ）はＰ偏光に対して示したグラフである。図２０（ｃ）に、媒質０が空気、媒質１がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、媒質２がシリコン基板（Ｓｉ）の場合に、膜中パターンから発し、界面１から角度φ０の方向に出射する光の強度変動の幅を示す。図２０（ｃ）の実線は位相差δが０度の場合、破線は位相差δが１８０度の場合の干渉光強度である。これらの差が干渉光の強度変動すなわち明るさむらの大きさであり、これを一点鎖線で示した。φ０＝５６度付近の角度（ブリュースター角）のときＰ偏光の振幅反射率が０になる。よって、ブリュースター角の方向に出射する回折・散乱光のＰ偏光成分は膜厚変動による明るさむらが起こらない。
また、φ０がブリュースター角近傍のとき、Ｐ偏光の振幅反射率は０に近くなる。よって、ブリュースター角に近い方向に出射する回折・散乱光のＰ偏光成分の膜厚変動による明るさむらは非常に小さくなる。例えば、図２０（ｂ）の条件下では、φ０＝９０度での明るさむらの大きさを１とした場合、ブリュースター角近傍の角度幅5度、１０度、１５度の範囲に出射する光の明るさむらの大きさはそれぞれ、５％、９％、１４％となる。
【００６８】
同様に、φ１が界面２のブリュースター角となるような角度にφ０を設定することで、Ｐ偏光に対する界面２での反射率ｒ１２を０に近づけ、明るさむらを低減することが可能である。
また、半導体プロセスに用いられることの多いシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）等の透明膜は、ＤＵＶ、ＵＶ、可視光を含む波長領域（２００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）で屈折率が大きく変わらないため、上記の色むら低減方法はＤＵＶ、ＵＶ、可視光を含む多波長照明や広帯域照明や白色照明を用いた際にも有効である。
この第２の変形例においても、図２９で説明したような斜方照明系１０００’とレンズ系２００’とで構成されて方位角が異なる２方向から被検査対象基板Wを照明する照明光学系を適用することができる。またこの場合、照明の方位角と検出の仰角との組み合わせを選択して検出することもできる。これにより、検出したい欠陥に応じた照明の方位角と検出の仰角を選ぶことができ、検出の効率や精度を向上させることができる。
【００６９】
また、図１に示した構成において検出光光学フィルタ手段３０２ｂを用いて斜方照明系１０００による照明光をＰ偏光とすると、被検査対象基板Ｗからの回折・散乱光に占めるＰ偏光成分の割合が大きくなるため、Ｐ偏光成分のみを検出する場合の検出光量を増加させることができ、特に膜中パターンの欠陥を高感度に検出することができる。
【００７０】
前記構成を用いて上記明るさむらを低減した検出を行うには、被検査対象基板Ｗ法線と成す角が上記ブリュースター角に相当する角度φ０となる方向に出射する回折・散乱光のＰ偏光成分を選択的に検出すればよい。上記角度φ０の方向が上方検出系２０００の対物レンズ３ａのＮＡで集光される角度範囲に含まれていれば、これを上方検出系２０００で行うことができる。上記角度φ０の方向が上方検出系２０００の対物レンズ３ａのＮＡで集光される角度範囲に含まれていない場合、これを斜方検出系２００１で行うことができる。
【００７１】
半導体プロセスに多く用いられるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）等の透明膜のＤＵＶ、ＵＶ、可視光領域での屈折率は１より大であるため、これらの透明膜と空気の界面におけるブリュースター角は空気側の出射角で４５度より大である。従って、図１に示した構成において上方検出系２０００でこの出射角の回折・散乱光を検出するには、対物レンズ３ａとして少なくともＮＡ０．７以上の高ＮＡのものを用いる必要がある。上記角度φ０の方向を含む高ＮＡの対物レンズ３ａを用い、空間フィルタ４ａとして、図２１（ａ）〜（ｃ）に示す高仰角選択検出用の空間フィルタ（図２１（ａ）），中仰角選択検出用の空間フィルタ（図２１（ｂ））及び低仰角選択検出用の空間フィルタ（図２１（ｃ））のような全ての方位角について特定の仰角範囲の回折・散乱光を通す空間フィルタ手段を用いることによって、角度φ０の方向の出射光のみを選択的に透過し、検光子を用いてＰ偏光のみを検出することで明るさむらを低減した欠陥検出を行うことができる。この場合、斜方検出系２０００を用いることなく、透明膜の形成された被検査基板Ｗを高感度に検査することが可能である。また、被検査基板Ｗ法線と成す角がφ０の全方位角の回折・散乱光成分を検出することができるため、検出光量が大きいという利点がある。
【００７２】
上記角度φ０の方向が上方検出系２０００の対物レンズ３ａのＮＡで集光される角度範囲に含まれない場合、斜方検出系２００１の検出仰角βを角度φ０に対応する角度に設定し、検光子によってＰ偏光成分のみを透過させることで、明るさむらを低減した欠陥検出を行うことができる。この場合、対物レンズ３ａとして高ＮＡのものを用いる必要がなく、上方検出系２０００を安価に構成することが可能である。また、上方検出系２０００のＮＡを制限する必要がないため、斜方検出系２００１によって被検査基板Ｗ上の透明膜形成領域を高感度に検査し、上方検出系２０００によって、透明膜による明るさむらが問題にならない領域を高感度に検査することが可能である。
【００７３】
また、図２３（ａ）に示すように、上方検出系２０００あるいは図２８に示した高仰角検出用の斜方検出系２００１’を用いたＰ偏光ブリュースター角検出による膜上および膜中欠陥の検出と、斜方検出系２００１を用いた低仰角検出による膜上欠陥検出を同時に行い、図２３（ｂ）に示すように、検出結果の論理演算を行うことで、膜上欠陥と膜中欠陥の同時検出、膜上欠陥・膜中欠陥の分類による膜上欠陥のみの検出、膜中欠陥のみの検出が可能となる。
【００７４】
次に、光源１００として、ＫｒＦレーザやＡｒＦレーザなどのＵＶレーザを用いた場合の図1，図１６及び図２８に示した構成における照明光学系２００の変形例について、図３０乃至図３３を用いて説明する。
【００７５】
０．１μｍ以下の微小粒子で発生する散乱光量は，照明波長の4乗に反比例するため，短波長化により高感度化が可能となる。欠陥の検出感度を上げるためには、照明光源としてより波長の短いＵＶレーザを用いる。
【００７６】
ＵＶレーザとしてパルス発振レーザを用いる場合，パルス発振レーザは必要な平均出力に対して，尖頭値（最大出力）は非常に大きくなる。例えば，平均出力２[Ｗ]，発光周波数１００ＭＨｚでパルス間隔１０[ｎｓ]，パルス幅１０[ｐｓ]のレーザの場合，尖頭値（最大出力）は２［ｋＷ］にもなり，試料にダメージを与える恐れがある。このために，平均出力を維持したままで尖頭値（最大出力）を低減させることが望ましい。
【００７７】
この平均出力を維持した状態で尖頭値を低減させる方法として、本変形例では、図３０(ａ)および（ｂ）に示すように、光源１００から発射されたレーザビームをレンズ系２００ａ，２００ｂで構成されるビームエキスパンダで拡大し、パルス分岐光学系２２０に入射させて光路長が異なる複数の光路に分岐することで、光源から発射された1パルス分のレーザビームを尖頭値がほぼ同じ複数のパルスに分割し、この分割した複数のパルスレーザをスリット状ビームを形成するためのレンズ系２００ａ，２００ｂ，２００ｃを介して被検査対象基板Wに照射するようにした。
【００７８】
また、パルスレーザビームを複数に分割して照射することにより、例えば、被検査対象基板Ｗを載置するX-Y-Z-θステージ１７の移動速度を毎秒１５ｃｍ、検出器６aまたは６ｂの１画素あたりの検出視野を１μｍとし、発光周波数１００ＭＨｚのＵＶパルスレーザビームを上記した条件で複数に分割して照射すると、検出器６aまたは６ｂの１画素で検出する領域に１００パルスを超えるレーザビームが重ねて照射されるので、レーザビームにより発生するスペックルノイズを時間的に平均化して撮像することができ、ノイズが低減された画像を得ることができる。
【００７９】
パルス光分割光学系２２０は，図３１（a）に示すように，１／４波長板２２１a,２２１b，ＰＢＳ（偏向ビームスプリッタ）２２２ａ，２２２ｂとミラー２２３ａ，２２３ｂの組合せで構成する。レンズ系２００ａ，２００ｂで構成されるビームエキスパンダで拡大されて直線偏光（この例ではＰ偏光）で入射したレーザビームを１／４波長板２２１ａで楕円偏光にし，偏光ビームスプリッタ２２２ａでＰ偏光とＳ偏光に分離する。分離された一方のＰ偏光成分は偏光ビームスプリッタ２２２ａと偏光ビームスプリッタ２２２ｂとを通過する。分離された他方のＳ偏光成分は偏光ビームスプリッタ２２２ａ，ミラー２２３ａ，ミラー２２３ｂ，偏光ビームスプリッタ２２ｂでそれぞれ反射して偏光ビームスプリッタ２２ａと２２ｂとを通過してきたＰ偏光成分と同一光軸に戻る。このとき，偏光ビームスプリッタ２２２ａとミラー２２３ａ，偏光ビームスプリッタ２２２ｂとミラー２２３ｂの間隔をＬ／２［ｍ］とすると，Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との間にはＬ［ｍ］の光路差ができる。光速をｃ［ｍ／ｓ］とすると，Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との間には
ｔ［ｓ］＝Ｌ［ｍ］／ｃ［ｍ／ｓ］            (数５)
の時間差が生じ，図３１（ｂ）に示すように，パルス光を時分割でき，尖頭値を１／２に低減させることができる。
【００８０】
例えば、パルス間隔１０ｎｓ（１０−８秒），パルス幅１０ｐｓ（１０−１１秒）のレーザを用いて、偏光ビームスプリッタ２２２ａとミラー２２３ａ及び偏光ビームスプリッタ２２２ｂとミラー２２３ｂの間隔をそれぞれ１５ｃｍ（０．１５ｍ）に設定した場合、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との間の時間差は１ｎｓ（１０−９秒）となる。すなわち、ウェハ表面は、１０ｎｓの間に１ｎｓ間隔で２回、尖頭値が半減されたレーザビームがパルス状に照射されることになる。
【００８１】
１／４波長板２２１ａの回転角を調整して，偏光ビームスプリッタ２２２ａの入射ビームのＳ偏光成分とＰ偏光成分の比率を１：１にする（円偏光）と，使用する光学部品（偏光ビームスプリッタ２２２ａ，２２２ｂとミラー２２３ａ，２２３ｂ）の損失（反射率，透過率）により，偏光ビームスプリッタ２２２ｂの出射ビームでのＳ偏光成分とＰ偏光成分のパルス光の尖頭値が異なってしまう。各パルス光の尖頭値の最大値を低くするには、各パルス光の尖頭値をほぼ同じ大きさにする必要がある。
【００８２】
図３１（a）に示したパルス分割光学系２００の構成において，Ｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ２２２ａ，２２２ｂのＰ偏光透過率（Ｔｐ）が影響するだけであるが，Ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ２２２ａ，２２２ｂのＳ偏光反射率（Ｒｓ）とミラー２２３ａ，２２３ｂのＳ偏光反射率（Ｒｍ）が影響する。損失比率(Ｐｌ)はＳ偏光成分損失をＬｓ，Ｐ偏光成分損失をＬｐとすると
【００８３】
【数６】
2007033433.tif 000006
となる。したがって，偏光ビームスプリッタ２２２ａの入射ビーム偏光の楕円率を上記損失比率と等しくなるように，１／４波長板２２１ａの回転角を調整することにより，偏光ビームスプリッタ２２２ｂの出射ビームでのＳ偏光成分とＰ偏光成分のパルス光の尖頭値がをほぼ等しくすることができる。この尖頭値がほぼ等しくなるように分割されたＰ偏光成分とＳ偏光成分のパルス光は１／４波長板２２１ｂを透過して円偏光になる。
【００８４】
被検査対象基板Ｗに照射するレーザビームとして直線偏光を用いる場合、図３２（ａ）に示したような構成のパルス分割光学系２００’を用いればよい。この構成において、構成光源１００から発射されたレーザビームを図３１(ａ)と同じ偏光ビームスプリッタ２２２ａ，２２２ｂとミラー２２３ａ，２２３ｂで構成された各光路を通過し１／４波長板２２１ｂを透過して円偏光になたレーザを偏光ビームスプリッタ２２４に入射させることにより，Ｐ偏光成分のみを通過させることができる。偏光ビームスプリッタ２２４で反射したＳ偏光成分は迷光となりうるので，ビームトラップ２５で遮光する。偏光ビームスプリッタ２２４で分離されて偏光ビームスプリッタ２２４を通過したＰ偏光成分の尖頭値は偏光ビームスプリッタ２２４に入射した円偏光ビームの尖頭値の半分になる。したがって、偏光ビームスプリッタ２２４を通過したＰ偏光成分の尖頭値は、図３２（ｂ）に示すように、光源１００から出射したパルスレーザビームの尖頭値と比べて１／４に低減される。
【００８５】
Ｓ偏光のみを用いる場合には，偏光ビームスプリッタ２２４の後に１／２波長板（図示せず）を挿入し，偏光方向を９０゜回転させれば良い。または偏光ビームスプリッタ２２４を光軸中心に９０゜回転させれば良い（この場合にはビームトラップ２５の挿入位置も変更する）。偏光方向が任意の場合には偏光ビームスプリッタ２２２ｂの出射ビームをそのまま用いれば良い。この場合、被検査対象基板Ｗに照射されるパルスレーザの尖頭値は、光源１００から出射したパルスレーザビームの尖頭値の１／２になる。
【００８６】
上記説明ではパルス分割光学系２００または２００’を用いてパルス光を２分割する方法について説明したが，分割数を更に増やすためのパルス分割光学系２００の変形例として、４分割する方法について図３２（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。図３３（ａ）に示したパルス分割光学系２００’’の構成は，図３１（ａ）に示したパルス分割光学系２００の構成を２段にしたものである。２段目の偏光ビームスプリッタ２２２ｃとミラー２２３ｃとの間隔,及び偏光ビームスプリッタ２２２ｄとミラー２２３ｄとの間隔を、それぞれ１段目の偏光ビームスプリッタ２２２ｃと２ミラー２２３ｃ,及び偏光ビームスプリッタ２２２ｄとミラー２２３ｄとの間隔の２倍に設定する。１段目の偏光ビームスプリッタ２２２ｂからの射出ビームは，Ｐ偏向パルス光と時間遅れをもつＳ偏向パルス光である。このパルス光列を１／４波長板２２１ｂにより円偏光にすることにより，１／４波長板２２１ｂを透過したパルス光列の１／２の強度がＰ偏光となって偏光ビームスプリッタ２２２ｃ,２２２ｄを透過し，１／２の強度がＳ偏光となって偏光ビームスプリッタ２２２ｃ,２２２ｄおよびミラー２２３ｃ,２２３ｄで反射して同一光軸に戻る。これにより，図３３（ｂ）に示すように，パルス光が４つに分割されて，それぞれの尖頭値が光源１００から出射したパルスレーザビームの１／４に低減する。厳密には上述のように光学部品の損失があるため，１／４より低減する。
【００８７】
図３３（ａ）の構成において、偏光ビームスプリッタ２２２ｃを通過して偏光ビームスプリッタ２２２ｄを通過したＰ偏光パルスレーザと、ミラー２２３ｄで反射し偏光ビームスプリッタ２２２ｄで反射したＳ偏光パルスレーザとは同一の光軸を通って１／４波長板２２１ｃに入射し、それぞれ円偏光となってパルス分割光学系２００’’から出射する。
一方、１／４波長板２２１ｃから出射した円偏光を図３２（ａ）に示した偏光ビームスプリッタ２２４に相当する偏光ビームスプリッタ（図示せず）に入射させＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離することにより、Ｐ偏光成分だけでウェハ１を照射することができる。（この場合、上記図示しない偏光ビームスプリッタで分割されたＰ偏光成分のパルスビームの尖頭値は、光源１００から出射したパルスレーザビームの１／８になる）
上述実施例における制約事項は下記の２点である。１点目は，（数７）のように1段目の光路差（Ｌ）が使用するレーザ光の可干渉距離（Λ）より長いことである。
Ｌ＞Λ＝λ２／Δλ            (数７)
ここで，λは波長，Δλは波長帯域幅である。２点目は，（数８）に示すように，分割したパルス光列が，レーザの発振間隔内に収まることである。
【００８８】
Ｌ（ｎ＋１）＜ｃ・（１／ｆ）          (数８)
ここでＬは１段目の光路差，ｎは段数，ｃは光速，ｆはレーザの発振周波数である。
【００８９】
本実施例によれば、ＵＶパルスレーザビームを尖頭値を低減してウェハに照射することができるために、０．１μｍよりも小さい極微小な欠陥をウェハにダメージを与えずに検出することが可能になった。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、半導体の製造における異物・欠陥検査装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】照明および検出の方向を説明するための被検査対象基板の斜視図である。
【図３】被検査対象基板上における照明ビームの形状と、センサ検出領域と、ステージの走査方向の関係を示す被検査対象基板の平面図である。
【図４】被検査対象基板上に、スリット状のビームを照明し、スリット状のビームの長手方向から反射散乱光を検出する場合を示す被検査対象基板の平面図である。
【図５】円柱レンズを用いて被検査対象基板上にスリット状のビームを照明した場合の照明光束を示す被検査対象基板の斜視図である。
【図６】（ａ）被検査対象基板上にスリット状のビームを照明するための照明光学系の概略構成を示す平面図、（ｂ）はその正面図である。
【図７】検出光軸を被検査対象基板Ｗに対し垂直とした場合の上方検出光学系の概略の構成を示す側面図である。
【図８】（ａ）はパターンＰと照明方向７００との関係を示すパターンの平面図、（ｂ）は被検査対象基板上の仮想球面９００を示す図、（ｃ）は照明方位角４５度の照明による回折光の出射の様子を示す被検査対象基板の平面図である。（ｄ）は空間フィルタと被検査対象基板の関係を示す被検査対象基板の平面図である。
【図９】被検査対象基板の表面の平面内で、基準方向に対して２７０度の方向から検出する検出光学系の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】（ａ）被検査対象基板の表面の平面内で、基準方向に対して２７０度の方向から検出する検出光学系の概略構成を示す側面図、（ｂ）検出光学系の概略構成を示す正面図である。
【図１１】被検査対象基板の表面の平面内で、基準方向に対してθの方向から検出する構成を説明するための斜視図である。
【図１２】（ａ）被検査対象基板の表面の平面内で、基準方向に対してθの方向から検出する検出光学系の概略構成を示す側面図、（ｂ）検出光学系の概略構成を示す正面図である。
【図１３】被検査対象基板の表面の平面内で、基準方向（θ＝０°）に対して４５度あるいは１３５度を進行方向とするスリット状のビームを照明し、０度の方向から検出する状態を示す被検査対象基板の平面図である。
【図１４】被検査対象基板上に、水平方向に関して４５度の方向から円柱レンズによりスリット状のビームを照明した場合の照明光束を示す斜視図である。
【図１５】（ａ）被検査対象基板の表面の平面内で、基準方向に対して１３５度の方向からスリット状のビームを照明する照明光学系の概略構成を示す側面図、（ｂ）照明光学系の概略構成を示す正面図である。
【図１６】欠陥検査装置の実施形態の第１の変形例の概略の構成を示すブロック図である。
【図１７】被検査対象基板の表面の平面内で、基準方向に対して２７０度の方向から検出する斜方検出系の結像レンズと対物レンズおよび被検査対象基板関係を示す斜視図である。
【図１８】被検査対象基板の表面の平面内で、基準方向に対して２７０度の方向から検出する斜方検出系の概略構成を示す正面図である。
【図１９】（ａ）透明膜中のパターン明るさむらの発生原理を説明するための試料の断面図（ｂ）薄膜干渉による強度変動の膜厚依存性を示すグラフである。
【図２０】（ａ）Ｓ偏光で照明したときの透明膜界面での反射率と透過光強度の変動幅を示すグラフ、（ｂ）Ｐ偏光で照明したときの透明膜界面での反射率と透過光強度の変動幅を示すグラフ、（ｃ）透明膜から空気への出射角φ０と光の強度との関係を表わすグラフである。
【図２１】（ａ）高仰角選択検出用空間フィルタの平面図、（ｂ）中仰角選択検出用空間フィルタの平面図、（ｃ）低仰角選択検出用空間フィルタの平面図である。
【図２２】（ａ）透明膜界面への入射光・界面からの出射光の透過率の入射角依存性を示すグラフ、（ｂ）透明膜界面への入射光・界面からの出射光の透過率の出射角依存性を示すグラフである。
【図２３】（ａ）膜上欠陥および膜中欠陥のを個別検出するための被検査対象基板に対する検出系の配置関係を示すブロック図、（ｂ）膜上欠陥および膜中欠陥の分類の方法を説明する図である。
【図２４】（ａ）被検査対象基板の表面の平面内で、基準方向に対して０度の方向から検出する検出光学系２００１（１）の斜視図、（ｂ）検出光学系２００１（１）の側面図である。
【図２５】（ａ）被検査対象基板の表面の平面内で、基準方向に対して０度の方向から検出する検出光学系２００１（２）の斜視図、（ｂ）検出光学系２００１（２）の側面図である。
【図２６】（ａ）被検査対象基板上におけるスリットビーム形状と検出領域とのｘ方向の幅の関係を示す図で、照明光のスリットビーム形状ＬＳのｘ方向の幅を検出領域ＳＡより狭くし、照明幅に相当する距離毎に信号蓄積を行うことで、検出画素の幅を照明光によって規定するを示す、（ｂ）被検査対象基板上におけるスリットビーム形状と検出領域とのｘ方向の幅の関係を示す図で、照明光のスリットビーム形状ＬＳのｘ方向の幅が検出領域ＳＡより広い場合を示す。
【図２７】（ａ）は照明光学系の構成を示すブロック図、（ｂ）は検出光学系の構成を示すブロック図である。
【図２８】欠陥検査装置の実施形態の第２の変形例の構成を示すブロック図である。
【図２９】複数の方位角方向から照明する場合の照明形と検出系との位置関係を説明する欠陥検査装置の略平面図である。
【図３０】（ａ）照明光学系の変形例の概略の構成を示す正面図、（ｂ）照明光学系の変形例の概略の構成を示す平面図である。
【図３１】（ａ）パルスビームを２分割するパルスビーム分割光学系２００の概略構成を示す正面図である。（ｂ）光源１００から発射されるパルスレーザビームのパルス波形を示すグラフ（上段）とパルスビーム分割光学系２００から出射される２分割されたパルスレーザビームのパルス波形を示すグラフ（下段）である。
【図３２】（ａ）パルスビームを２分割するパルスビーム分割光学系２００の変形例の概略構成を示す正面図である。（ｂ）光源１００から発射されるパルスレーザビームのパルス波形を示すグラフ（上段）とＰＢＳ２２４から出射される２分割されたＰ偏光パルスレーザビームのパルス波形を示すグラフ（下段）である。
【図３３】（ａ）パルスビーム分割光学系２００の変形例でパルスビームを４分割する光学系の概略構成を示す正面図である。（ｂ）光源１００から発射されるパルスレーザビームのパルス波形を示すグラフ（上段）と偏光板２２１ｃから出射される４分割されたパルスレーザビームのパルス波形を示すグラフ（下段）である。
【符号の説明】
【００９２】
１０００…斜方照明光学系、２０００…上方検出系、２００１…斜方検出系、Ｗ…被検査対象基板、３ａ、３ｂ…対物レンズ、４ａ、４ｂ…空間フィルタ、５ａ、５ｂ…結像レンズ、６ａ、６ｂ…センサ、７ａ、７ｂ…遅延回路、８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ…メモリ、１０ａ、１０ｂ…比較回路、１１…コンピュータ、１２…ディスプレイ、１３…演算回路、１４…記憶装置、１５…光源ドライバ、１６…Ｘ-Ｙ-Ｚ-θステージドライバ、１７…Ｘ-Ｙ-Ｚ-θステージ、１００…光源、８００、８０１…対物レンズ開口、２００ａ、２００b、２０１a、２０１b…球面レンズ、２００ｃ、２０１ｃ…シリンドリカルレンズ、３０１…照明光光学フィルタ手段、３０２ａ、３０２ｂ…検出光光学フィルタ手段、７００、７０４…０次回折光軌跡、７０５…高次回折光軌跡、９００…仮想球面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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